ИСТИНА

Космические лучи предельно высоких энергий (КЛ ПВЭ, E > 50 ЭэВ) являются крайне редкими событиями, что требует для их регистрации проведения экспериментов с экспозицией, исчисляемой тысячами кв.км ср в год. Самые крупные из действующих в настоящее время установок – проект Telescope Array в США и обсерватория Pierre Auger в Аргентине – имеют годовую экспозицию порядка 2000 км2 ср и 6000 км2 ср соответственно. Этого оказалось достаточно для того, чтобы окончательно подтвердить укручение энергетического спектра космических лучей при энергиях более 50 ЭэВ. Однако нерешенной остается другая фундаментальная проблема – обнаружение источников КЛ ПВЭ, одним из основных направлений решения которой является изучение анизотропии их направлений прихода. Трудности связаны преимущественно с недостаточной и неравномерной экспозицией, а также лишь частичным покрытием небесной сферы любым из существующих наземных экспериментов. На сегодняшний день существуют некоторые разногласия между результатами указанных выше наземных экспериментов. Наиболее перспективным направлением для разрешения противоречий и нахождения источников КЛ ПВЭ является реализация орбитального эксперимента, который, обеспечивая практически равномерную экспозицию всей небесной сферы, лишен принципиальных недостатков существующих наземных установок. Целью данной НИР является развитие экспериментальных методов регистрации космических лучей предельно высоких энергий с борта искусственных спутников Земли (ИСЗ) в условиях быстропеременного фона ночной атмосферы.

Ultra-high-energy cosmic rays (UHECRs, E > 50 EeV) are extremely rare events, which require experiments with an exposure of thousands of square kilometers sr per year to register them. The largest installations currently in operation, the Telescope Array project in the United States and the Pierre Auger Observatory in Argentina, have an annual exposure of about 2000 km2 sr and 6000 km2 sr, respectively. This turned out to be sufficient to finally confirm the steepening of the energy spectrum of cosmic rays at energies more than 50 EeV. However, another fundamental problem remains unresolved - the detection of UHECR sources, one of the main directions for solving which is the study of the anisotropy of their arrival directions. Difficulties are associated mainly with insufficient and uneven exposure, as well as only partial coverage of the celestial sphere by any of the existing ground-based experiments. To date, there is some discrepancy between the results of the above ground experiments. The most promising direction for resolving contradictions and finding sources of UHECRs is the implementation of an orbital experiment, which, while providing an almost uniform exposure of the entire celestial sphere, is devoid of the fundamental shortcomings of existing ground-based installations. The purpose of this research project is to develop experimental methods for detecting ultra-high-energy cosmic rays from the board of satellites under conditions of a rapidly changing background of the night atmosphere of Earth.

1) Разработана и апробирована методика регистрации КЛ ПВЭ по флуоресцентному свечению ШАЛ в атмосфере Земли с борта ИСЗ. 2) Разработаны алгоритмы обнаружения и реконструкции параметров первичных частиц КЛ ПВЭ по данным орбитального УФ телескопа. 3) Получены энергетический спектр и карта направлений прихода частиц КЛ ПВЭ по всей небесной сфере в области энергий порядка и выше предела Грейзена-Зацепина-Кузьмина.

Детекторы УФ свечения ШАЛ разрабатываются в НИИЯФ МГУ с 2000 года, когда была предложена идея проектов "ТУС" и "КЛПВЭ". С 2005 года начата экспериментальная апробация методики на космических аппаратах. Были запущены спутники "Татьяна-1", "Татьяна-2" и "Вернов" с прототипами электроники и регистрирующих систем детектора КЛ ПВЭ. В 2016 г. на орбиту был выведен спутник «Ломоносов» с детектором "ТУС" на борту, который впервые произвел измерения УФ свечения ночной атмосферы с временным разрешением 0.8 мкс, позволяющим регистрировать ШАЛ и проверить работоспособность методики. За полтора года работы «ТУС» получил большой объём экспериментальных данных, которые кардинальным образом расширили понимание свечений, которые происходят в атмосфере Земли в УФ диапазоне, и которые являются фоном для регистрации излучения ШАЛ. Кроме того, детектор «ТУС» зарегистрировал целый ряд релятивистских треков с кинематикой, аналогичной ожидаемой от ШАЛ, тем самым подтвердив возможность их регистрации орбитальным телескопом. НИИЯФ МГУ принимает участие в работе коллаборации JEM-EUSO и в ходе этой совместной работы разработан и реализован ряд прототипов орбитальных детекторов КЛ ПВЭ: EUSO-Balloon, EUSO-SPB1, EUSO-TA, а также EUSO-SPB2, запуск которого запланирован на весну 2023 г. В 2019 г. на борт МКС был доставлен детектор «УФ атмосфера» (Mini-EUSO) – полноценный прототип линзового телескопа ШАЛ. Оптическая система прибора представляет собой уменьшенный вариант линз орбитальных проектов по исследованию КЛ ПВЭ: проекта JEM-EUSO или «КЛПВЭ»(K-EUSO) в линзовом варианте исполнения, а фотоприемная поверхность состоит из одного фотодетекторного модуля проекта «КЛПВЭ». В ходе эксперимента проводится исследование фонового УФ свечения атмосферы, работы триггерной системы и верификация сведений об экспозиции будущего детектора КЛ ПВЭ.